黑洞，終于不“黑”了!人類歷史上第一次，我們拍攝到了黑洞的圖像，從而首次讓我們直接目睹了這種奇異宇宙天體的外觀畫(huà)面。

▲全球各地8臺(tái)大型望遠(yuǎn)鏡組成的“視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)項(xiàng)目組在2019年4月10日北京時(shí)間21：00對(duì)外發(fā)布了歷史上第一張黑洞圖像。這是距離地球大約5400萬(wàn)光年外的M87星系核心的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞

美國(guó)哈佛大學(xué)史密松天體物理中心的天體物理學(xué)家謝潑德·多勒曼(Sheperd Doeleman)在今晚(北京時(shí)間2019年4月10日21：00)于美國(guó)首都華盛頓國(guó)家記者俱樂(lè)部召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)：“我們看到了原先以為看不到的東西。”與此同時(shí)，在世界各地六處地點(diǎn)，科學(xué)家們以四種不同語(yǔ)言同步進(jìn)行了發(fā)布會(huì)。

多勒曼是視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)項(xiàng)目的主管，正是這臺(tái)“超級(jí)望遠(yuǎn)鏡”拍攝到了人類首張黑洞圖像。此次發(fā)布的黑洞圖像，觀測(cè)的是隱藏在橢圓星系M87核心位置的一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。

最新的黑洞圖像令人震撼。但科學(xué)家們指出，這項(xiàng)工作更大的意義是它將對(duì)未來(lái)科學(xué)所產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。

哈佛大學(xué)物理學(xué)教授皮特·伽里森(Peter Galison)在上個(gè)月舉行的一次關(guān)于視界望遠(yuǎn)鏡的討論會(huì)上曾經(jīng)表示：“它將開(kāi)啟一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。而這正是最令我們感到興奮的地方。”

伽里森甚至將此次拍攝的黑洞圖像與17世紀(jì)英國(guó)科學(xué)家羅伯特·胡克(Robert Hooke)的手繪圖相提并論，當(dāng)時(shí)胡克通過(guò)手繪圖，向人們展示了在顯微鏡下，昆蟲(chóng)和植物所呈現(xiàn)出的畫(huà)面。他說(shuō)：“人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新大陸。”

黑洞周圍物質(zhì)的強(qiáng)烈吸積作用以及在此過(guò)程中產(chǎn)生的高能噴射流模擬圖

一、和地球一樣大的超級(jí)望遠(yuǎn)鏡

視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)項(xiàng)目是全球各地超過(guò)200名科學(xué)家在過(guò)去20多年協(xié)力工作的結(jié)果。這是一項(xiàng)真正的國(guó)際合作計(jì)劃，全球多個(gè)國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)參與并為此提供了資金。

之所以叫這個(gè)名字，是取自黑洞本身的性質(zhì)，也就是科學(xué)家們對(duì)于黑洞邊界的定義：當(dāng)物質(zhì)抵達(dá)黑洞足夠近，強(qiáng)大的引力將讓一切都無(wú)法逃脫。這個(gè)距離所限定的邊界就稱作黑洞的“事件視界”，簡(jiǎn)稱“視界”，一旦超越這個(gè)邊界，你將無(wú)可避免的被黑洞所吞噬。望遠(yuǎn)鏡就是以這個(gè)名字命名的，它的目標(biāo)正是要首次直接拍攝這個(gè)邊界的圖像。

哈佛大學(xué)黑洞研究計(jì)劃(BHI)創(chuàng)始主管，哈佛大學(xué)天文系主任艾維·勞艾伯(Avi Loeb)表示：“事件視界是終極版監(jiān)獄高墻。一旦你進(jìn)入，永遠(yuǎn)別想逃脫。”

正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，我們永遠(yuǎn)不能奢望拍攝到黑洞內(nèi)部的畫(huà)面，除非你哪天自己進(jìn)到里面去。可是問(wèn)題在于一旦你真的進(jìn)去了，你和你在里面拍的照片也是永遠(yuǎn)無(wú)法帶出來(lái)的。因此，此次視界望遠(yuǎn)鏡所拍攝的，其實(shí)也就是黑洞的黑色邊緣。正如視界望遠(yuǎn)鏡的一位科學(xué)家對(duì)媒體所說(shuō)的：“我們正在目睹的是光的消失之處。”

視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的拍攝目標(biāo)有兩個(gè)：一個(gè)是橢圓星系M87核心的超級(jí)黑洞，其質(zhì)量大約是太陽(yáng)的65億倍;另一個(gè)是我們銀河系核心的黑洞，也就是所謂“半人馬A*”，后者的質(zhì)量相比M87核心的黑洞就是小巫見(jiàn)大巫，其質(zhì)量大約是太陽(yáng)質(zhì)量的430萬(wàn)倍。

這兩個(gè)黑洞都很難拍攝，因?yàn)樗鼈兊木嚯x都非常遙遠(yuǎn)。半人馬A距離地球大約2.6萬(wàn)光年，而M87則遠(yuǎn)在5400萬(wàn)光年之外。

從我們的視角看過(guò)去，半人馬A的事件視界太小了，它的大小就像從地球上看放在月球表面的一個(gè)橘子，或者就像把一張報(bào)紙放在新疆，然后你在上海要想看清它上面寫(xiě)的文字。

要想進(jìn)行這樣的觀測(cè)，任何現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡都做不到。科學(xué)家們必須另想辦法。最終，他們想到了辦法：將位于美國(guó)，西班牙，墨西哥，智利，甚至南極洲，以及其他更多地方的大型望遠(yuǎn)鏡連接到一起，組成一個(gè)直徑和地球直徑相當(dāng)?shù)某?jí)望遠(yuǎn)鏡!

由8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡組合而成的事件視界望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)稱“視界望遠(yuǎn)鏡”，其能力相當(dāng)于一臺(tái)口徑與地球直徑相當(dāng)?shù)某?jí)望遠(yuǎn)鏡

二、海量數(shù)據(jù)

視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用這臺(tái)虛擬超級(jí)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了兩次連續(xù)觀測(cè)，每次持續(xù)大約兩周。第一次觀測(cè)是在2017年4月份，第二次則是在2018年。本次公布的圖像結(jié)果來(lái)自2017年的第一次觀測(cè)。

很多人會(huì)想知道，為何2017年的觀測(cè)要到今天才發(fā)布結(jié)果。原因是很好理解的。首先，視界望遠(yuǎn)鏡每晚上的觀測(cè)就會(huì)產(chǎn)生大約1PB(1PB=1024TB)的數(shù)據(jù)，想想你家1TB的移動(dòng)硬盤(pán)可以存儲(chǔ)多少東西?現(xiàn)在你可以理解，要想將如此多的原始數(shù)據(jù)加工處理成最終圖像，將要經(jīng)歷怎樣的漫長(zhǎng)過(guò)程。

視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目科學(xué)家迪米特里·薩爾提斯(Dimitrios Psaltis)來(lái)自美國(guó)亞利桑那大學(xué)，他表示：“要想通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸如此巨量的數(shù)據(jù)顯然做不到。因此我們不得不將數(shù)據(jù)存在硬盤(pán)里，然后叫國(guó)際快遞在各個(gè)機(jī)構(gòu)之間來(lái)回運(yùn)輸。這樣做要比通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸快多了!”

正是因?yàn)檫@樣或那樣的困難，極大遲滯了對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理工作。舉個(gè)例子，組成視界望遠(yuǎn)鏡的成員單位中，還包括南極望遠(yuǎn)鏡。但是由于地處實(shí)在偏遠(yuǎn)，南極望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)直到2017年12月才被運(yùn)出南極洲，因?yàn)橹挥心菚r(shí)候南極大陸才足夠溫暖，可以讓飛機(jī)進(jìn)出運(yùn)輸貨物。

視界望遠(yuǎn)鏡主席多勒曼說(shuō)，他們會(huì)感覺(jué)自己肩上負(fù)有某種“歷史使命”。他說(shuō)：“如果你想宣布某個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，比如拍攝黑洞的照片，你得拿出非常扎實(shí)的東西來(lái)。在我們的項(xiàng)目過(guò)程中，我們常常會(huì)感到那些前輩，像愛(ài)因斯坦，愛(ài)丁頓或者史瓦西在看著我們。因此我們反復(fù)檢查自己的工作，我們想要確保一切都百分百正確無(wú)誤。”愛(ài)因斯坦，愛(ài)丁頓和史瓦西都是歷史上頂尖的物理學(xué)家，為人類對(duì)于黑洞的認(rèn)識(shí)做出過(guò)開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

三、有什么意義?

視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目由另個(gè)主要目標(biāo)：其一是首次拍攝黑洞事件視界圖像，其二是幫助驗(yàn)證愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的準(zhǔn)確性，看看其是否需要作出任何修訂。

在愛(ài)因斯坦之前，人們對(duì)于引力的理解還停留在這就是一種神秘的不需要物體間直接接觸便可以發(fā)生作用的力的程度上。但愛(ài)因斯坦在他的廣義相對(duì)論中將引力描述為時(shí)空彎曲導(dǎo)致的自然效應(yīng)。大質(zhì)量天體，比如行星，恒星或者黑洞都會(huì)產(chǎn)生時(shí)空中出現(xiàn)彎曲，就像一個(gè)鉛球丟到柔軟的床墊上會(huì)引發(fā)床墊的凹陷一樣。這種時(shí)空凹陷一旦產(chǎn)生，其周圍的較小物體就自然會(huì)被引向中心，從而產(chǎn)生出“引力”的錯(cuò)覺(jué)。

在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里，廣義相對(duì)論經(jīng)受住了所有的嚴(yán)格檢驗(yàn)，而此次視界望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)將提供再一次的全新檢驗(yàn)機(jī)會(huì)，科學(xué)家們想要知道，愛(ài)因斯坦的理論在黑洞附近這樣的極端環(huán)境條件下是否仍然能夠與觀測(cè)事實(shí)相吻合。之所以可以做這樣的檢驗(yàn)，是因?yàn)榭茖W(xué)家們可以事先根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論進(jìn)行計(jì)算，模擬出理論上應(yīng)當(dāng)觀測(cè)到的黑洞模樣，隨后將其與實(shí)際拍攝圖像進(jìn)行對(duì)比。

如果理論預(yù)測(cè)與觀測(cè)相符，那么再次證明愛(ài)因斯坦100%是正確的。而如果答案是否定的，那么我們或許就要對(duì)廣義相對(duì)論做出一定的修訂，使其與觀測(cè)事實(shí)保持相吻合。這就是科學(xué)向前推進(jìn)的方式。

今晚的發(fā)布會(huì)上發(fā)布的結(jié)果顯然證明了，廣義相對(duì)論仍然是正確的，它不需要做任何修訂：視界望遠(yuǎn)鏡拍攝的M87星系核心的黑洞圖像與廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的結(jié)果完全吻合。

這樣的第一手?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)進(jìn)步而言至關(guān)重要，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)為理論改進(jìn)和計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，這也正是視界望遠(yuǎn)鏡的最大貢獻(xiàn)之一。

勞艾伯指出：“從事物理學(xué)研究就是與自然界對(duì)話，我們通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比來(lái)檢驗(yàn)我們的理論是否正確，因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極為關(guān)鍵。”

當(dāng)然，這項(xiàng)最新成果對(duì)于黑洞研究本身也具有重要意義。視界望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果將幫助我們更好的了解物質(zhì)如何落入黑洞的過(guò)程。這種氣體吸積過(guò)程是產(chǎn)生強(qiáng)烈噴流和劇烈輻射的源頭，但科學(xué)界此前對(duì)其了解十分有限。

除此之外，事件視界的形態(tài)將可以讓我們了解這個(gè)黑洞是否存在自轉(zhuǎn)。正如加州理工學(xué)院科學(xué)家，美國(guó)宇航局觀測(cè)黑洞等高能天體的NuSTAR探測(cè)器首席科學(xué)家菲奧娜·哈里森(Fiona Harrison)所言：“我們此前已經(jīng)以非直接的方式推斷出了黑洞的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行直接驗(yàn)證，將會(huì)非常激動(dòng)人心。”

視界望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)還將幫助我們了解物質(zhì)在黑洞周圍是如何分布的，并最終讓天文學(xué)家們弄清在長(zhǎng)期時(shí)間尺度上，超大質(zhì)量黑洞是如何影響并塑造其所在星系的演化進(jìn)程的。

四、對(duì)普通人，意味著什么?

還有一個(gè)很多人關(guān)心的問(wèn)題需要回答：對(duì)于那些不是天文學(xué)家的普通人，這項(xiàng)成果有何意義?

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，僅僅是直接對(duì)黑洞成像這樣一件事本身，或者說(shuō)，直接看到黑洞圖像本身就將完全改變我們思考我們自身，以及我們?cè)谟钪嬷械匚坏姆绞?。正?968年阿波羅8號(hào)拍攝的那張著名的照片“地球升起”。那張照片讓我們從遙遠(yuǎn)的月球軌道上回眸地球，我們所居住的星球。人們突然之間意識(shí)到地球的脆弱和珍貴。那張照片很快受到巨大關(guān)注，登上了世界各地媒體的頭條，甚至幫助觸發(fā)了上世紀(jì)中葉在西方興起的環(huán)境保護(hù)主義運(yùn)動(dòng)。

與之相似的，直接目睹一個(gè)黑洞，或者更嚴(yán)格的說(shuō)，看到黑洞的剪影，就像看到科幻小說(shuō)中的場(chǎng)景變成現(xiàn)實(shí)，更何況，今晚我們所見(jiàn)的，還只是視界望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目所拍攝的圖像中的最初幾張而已，后面還會(huì)發(fā)布更多成果。

所有這些，對(duì)于整個(gè)人類的啟迪和激勵(lì)作用，是不可磨滅的。